Устройство идентификации на поверхностных акустических волнах

Устройство идентификации на поверхностных акустических волнах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для идентификации и охраны различных объектов.

Известны пассивные устройства идентификации /1/, в которых нет источника питания. В этих устройствах с помощью индуктивной связи через переменное магнитное поле производится дистанционное электропитание микросхемы, которая выдает определенный код через эту же индуктивность связи в распознающее устройство. Недостатком данной системы является малый радиус действия (до метра), а также достаточно сильный сигнал, обеспечивающий питание микросхемы, что может нанести вред идентифицируемому объекту (особенно, если это животное или человек).

Устранить указанные недостатки позволяет пассивное устройство радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащее корпус, приемо-передающую антенну, звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены приемо-передающий встречно-штыревой преобразователь (ППВШП), соединенный с антенной, и отражательные ВШП (ОВШП), размещенные в одном акустическом канале с ППВШП /2/. В данном устройстве опрашивающий сигнал принимается антенной, далее с помощью ППВШП преобразуется в ПАВ, которые затем отражаются от ОВШП, формируя кодовую последовательность, которая с помощью ППВШП преобразуется в электромагнитный сигнал и излучается на распознающее устройство. В данном случае нет необходимости в электропитании микросхемы, поэтому опрашивающий сигнал может быть ослаблен до значений, не наносящих вред идентифицируемому объекту. Расстояние идентификации также может быть увеличено надлежащим подбором рабочих частот и антенны. Недостатком данной конструкции является достаточно большое ослабление отраженного сигнала по сравнению с падающим на антенну (что снижает динамический диапазон и уменьшает расстояние, на котором может быть произведена идентификация объекта) из-за того, что коэффициент отражения от отражательных ВШП должен быть значительно меньше 1, чтобы отраженные сигналы от соседних отражательных ВШП не искажали бы кодовую последовательность.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании устройства идентификации на ПАВ, лишенного указанных недостатков. Технический результат, который дает осуществление изобретения, заключается в увеличении коэффициента отражения ПАВ от ОВШП, расположенных в различных акустических каналах.

Это достигается тем, что в него введены несколько акустических каналов, расположенных на разных звукопроводах, в каждом из которых расположены ППВШП и ОВШП в параллельных акустических каналах с одинаковым периодом L_0i, который разный в разных звукопроводах, и частотно-избирательный многополосковый направленный ответвитель между ними, расстояние между этими преобразователями также разное в разных звукопроводах, приемно-передающие ВШП во всех звукопроводах выполнены однонаправленным с внутренними отражателями и параллельно подсоединены к антенне.

На фиг.1 показана топологическая структура устройства на ПАВ в соответствии с изобретением.

Устройство содержит звукопроводы 1, приемо-передающие ВШП 2 и отражательные ВШП 3 в параллельных акустических каналах с одинаковым периодом L_0i, который разный в разных звукопроводах. Между этими ВШП расположен частотно-избирательный многополосковый направленный ответвитель 4. ВШП2 в разных звукопроводах выполнены с внутренними отражателями и параллельно подсоединены к антенне 5. Звукопроводы 1 вместе с ВШП 2, 3 и ответвителем 4 помещены в герметичный корпус 6.

На фиг.2 показан один из вариантов выполнения частотно-избирательного направленного ответвителя и принцип его действия.

Ответвитель 4 состоит из нескольких секций, каждая из которых содержит верхнюю гребенку электродов 7, нижнюю гребенку электродов 8 и меандровый электрод 9. На него падает пучок ПАВ шириной в двое меньшей, чем апертура секций ответвителя, и который можно представить в виде симметричной 10 и асимметричной 11 мод.

Устройство работает следующим образом. При подаче опрашивающего сигнала с несущей частотой F_0i на антенну 5 он проходит на ВШП 2 и возбуждает ПАВ в звукопроводе, которые отражаются от отражательных ВШП 3 и принимаются ВШП 2, а далее сигнал поступает в антенну 5 и излучается на распознающее устройство. В каждом канале находится только один отражательный ВШП, переотражение от соседних ВШП отсутствует, поэтому коэффициент отражения от него делается близким к 1, что значительно увеличивает отраженный сигнал по сравнению с прототипом. Так как в ВШП 2 выполнен в каждом звукопроводе с определенным периодом, который разный в разных звукопроводах, то проводимость ВШП 2 вблизи его частоты акустического синхронизма f_0i=V_ПАВ/L_0i, где V_ПАВ - скорость ПАВ под ВШП, L_0i - период ВШП 2 в i-том акустическом канале, будет много больше проводимости ВШП 2 в других звукопроводах, в которых частоты акустического синхронизма отличны от такой частоты данного звукопровода. Поэтому при параллельном подсоединении всех ВШП 2 к антенне максимальный ток будет течь там, где частота акустического синхронизма совпадает с несущей частотой опрашивающего импульса. Таким образом можно добиться подавления сигнала в соседних каналах на 13 дБ, если частота акустического синхронизма соседнего канала отличается на минимальную величину Δf=f_0i/N, где N - число периодов ВШП 2, поскольку его амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) имеет вид sinX/Х, где X=πN(f-f₀)/f₀. Далее ПАВ, излученная ВШП 2, поступает на частотно-избирательный направленный ответвитель (см. фиг.2). В этом ответвителе верхняя гребенка электродов 7 и меандровый электрод 9, а также нижняя гребенка электродов 8 и меандровый электрод 9 в каждой секции образуют вложенные друг в друга ВШП. Длина каждой секции выбирается равной длине ВШП 2. При этом его АЧХ имеет вид sinX/Х, т.е. такой же как и у ВШП 2. Поскольку апертура вложенных друг в друга ВШП ответвителя вдвое больше, чем у ВШП 2, а ВШП 3 находится в параллельном акустическом канале, то можно рассматривать ПАВ, излученную ВШП 2, в виде симметричной 10 и асимметричной 11 мод (см. фиг.2). Для ассиметричной моды вложенные друг в друга ВШП представляются короткозамкнутыми и ее скорость распространения под ВШП равна скорости распространения ПАВ под короткозамкнутой поверхностью пьезоэлектрика длиной, равной ширине всех электродов всех секций ответвителя. Симметричная мода при прохождении ПАВ под ВШП испытывает дополнительный сдвиг фаз на величину Ga/ωC_T, где С_T - статическая емкость ВШП, ω=2πf, Ga=8f₀k²M²(sinX/X)², k² - квадрат коэффициента электромеханической связи ПАВ, М - число пар электродов ВШП. При прохождении нескольких секций этот сдвиг может стать равным π и произойдет переход ПАВ в параллельный акустический канал. Амплитуда этих ПАВ будет пропорциональна дополнительному сдвигу фаз, т.е. пропорциональна (sinX/X)². Следовательно, амплитуда ПАВ, частоты которых отличаются от частоты акустического синхронизма i-того звукопровода на величину Δf, будут подавлены более чем на 20 дБ. При отражении от ВШП 3 и прохождении ПАВ вновь через ответвитель снова ПАВ на частотах более чем на Δf, отличающихся от частоты акустического синхронизма i-того звукопровода, будут испытывать дополнительное затухание более чем 20 дБ. Таким образом в i-том звукопроводе ПАВ с частотами соседнего звукопровода будут испытывать подавление более чем на 40 дБ. Симметричная мода также будет отражаться от ВШП ответвителя. Чтобы этого не происходило и используются вложенные друг в друга ВШП. В этом случае расстояние между центрами этих ВШП оказывается много меньше, чем длина самого ВШП. Поэтому, располагая вложенные друг в друга ВШП таким образом, что расстояние между их центрами будет ³/₄ длины ПАВ, можно подавить отраженные сигналы в полосе пропускания много большей полосы пропускания ВШП, поскольку отраженные от обоих ВШП сигналы будут находится в протифофазе, а частоты, на которых эти сигналы будут складываться в фазе, будут далеки от частот, лежащих в полосе пропускания ВШП ответвителя, и не будут оказывать влияния на отраженные от ВШП 3 сигналы.

Так как в i-том звукопроводе расстояние между ВШП 2 и 3 отлично от расстояний в других звукопроводах, а в остальных звукопроводах ПАВ подавлены более чем на 40 дБ, то сигнал, принятый антенной 5, попадет только в заданный канал и выйдет через антенну 5 на распознающее устройство с определенной задержкой. При изменении f_0i сигнал эффективно отражается в другом акустическом канале, испытывая другую задержку. Таким образом при различных f_0i сигналы отражаются от ВШП 3 с разными задержками, формируя код частота - задержка.

Пример выполнения. Устройство идентификации выполнено в герметичном корпусе 6, в котором расположено 6 звукопроводов 1 (каналов) из ниобата лития YX/128⁰ среза. На каждом звукопроводе расположены приемо-передающие однонаправленные ВШП 2, содержащие 17 активных секций и имеющие апертуру 50 длин ПАВ на центральной частоте канала. В каждом канале своя центральная частота. При центральной частоте первого канала, равной 1200 МГц, центральные частоты остальных каналов сдвинуты относительно друг друга на 40 МГц в сторону повышения частоты. Отражательные ВШП 3 аналогичны приемо-передающим и расположены в параллельных акустических каналах разных звукопроводов с минимальной сдвижкой на 0,25 мкс, что обеспечивает расстояние в 0,5 мкс между отраженными импульсами. Коэффициент от отражения от ВШП 3 равен 0,96. При максимальном расстоянии между ВШП, равном 10 мм, можно обеспечить 10 градаций по задержке через 0,25 мкс. Тогда при 6 каналах максимальное число комбинаций задержка/частота будет равно 10⁶. Между ВШП 2 и 3 в каждом звукопроводе расположен частотно-избирательный ответвитель, состоящий из 3-х секций, каждая из которых состоит из вложенных друг в друга ВШП, содержащих 17 пар электродов. Расстояние между центрами вложенных друг в друга ВШП равно ³/₄ длины ПАВ. Амплитуда отраженного от устройства идентификации сигнала с несущей совпадающей с частотой акустического синхронизма i-того канала на 12-15 дБ меньше, чем амплитуда пришедшего на устройства сигнала, что объясняется шуннирующим действием ВШП 3 соседних каналов, а также незначительными потерями (2-3 дБ) в ответвителях. Амплитуда отраженного от устройства идентификации сигнала с несущей не совпадающей с частотой акустического синхронизма i-того канала более чем на 40 дБ меньше, чем амплитуда пришедшего на устройства сигнала, что означает развязку между каналами более чем на 40 дБ.

Список использованных литературных источников

1. Патент PCT (WO) 94/06104 А1.

2. Патент ФРГ №1279785 А.

3. Морган Д. Устройства обработки сигналов на ПАВ.

Устройство идентификации на поверхностных акустических волнах, содержащее корпус, приемо-передающую антенну, звукопровод, на рабочей поверхности которого расположены приемо-передающий встречно-штыревой преобразователь (ВШП), соединенный с антенной, отражательные ВШП в одном акустическом канале, отличающееся тем, что в него введены несколько акустических каналов, расположенные на разных звукопроводах, в каждом из которых расположены приемо-передающий ВШП и отражательный ВШП в параллельных акустических каналах с одинаковым периодом L_0i, который разный в разных звукопроводах, и частотно-избирательный многополосковый направленный ответвитель между ними, расстояние между этими преобразователями также разное в разных звукопроводах, приемо-передающие ВШП во всех звукопроводах выполнены однонаправленными с внутренними отражателями и параллельно подсоединены к антенне.